离心铸造杆及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种离心铸造杆，它在长轴方向上拥有完全一致的壁厚。在 离心铸造的过程中，熔融的金属被浇注进一个旋转的锥形模具中。当冷却液加 注于旋转模具的外表面时，金属在模具内部随其轮廓成形，从而制造出金属杆。 通过精确控制铸造旋转的参数——如旋转模具的旋度、行程、距离和偏角，以 及铸造机的标准和力学装置，就可以制造出壁厚前所未有地一致的中空、锥形、 管状金属杆。这种离心铸造方法的控制原理、设计和装置能够极大地提高杆壁 一致性的公差范围。推而广之，通过精确控制模具内部的金属量，就能够按照 设计选择获得任意实施例所要求的壁厚变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种中空结构件，特别是涉及拥有锥形外观和壁厚完全一致的 中空电线杆。
技术介绍
在电力行业常见的高应力、高横向力的环境中，锥形杆的几何形状一般都 在其底部或接近底部的地方提供最大的横截面强度，因为这个地方的各种反作 用力往往会结合或汇聚起来。电力行业使用木杆产生的问题不胜枚举，并有详实的文件记载。这些问题 包括地面线腐烂、在高横向力的作用下容易发生倾斜或弯曲(因此要求使用绷 绳、锚和其它辅助性硬件)、鸟类和其它动物造成的磨损、附属硬件和装置的振 动损坏、缺少合适的树木来生产大型木杆、以及自然力和人力导致的高破损率等。此外，根据行业的基本规范，木杆一般在使用约20-30年后必须更换。特别 值得注意的是，更换和处理木杆对于各电力公司来说费用过高，特别是当依据 法令的要求不能对它们进行焚烧时。而且，有些电力公司不得不用铁丝网将木 杆包裹起来，以避免鸟类和其它动物对它们造成破坏。另外一些电力公司采用的是中空的混凝土杆，特别是高压电力传输系统较 多地采用混凝土杆，以克服木杆带来的各种问题。但是，混凝土电线杆制造成 本高，重量大，并需要重型设备进行装载、运输、卸载和安装。而且，由于强 度方面的要求，混凝土杆直径最小的顶部一般是实心的。除此以外，混凝土杆 的实地改造一般非常耗时、费力和费钱。目前市场上有钢质电线杆出售。钢质电线杆一般通过下列方法制造对较薄的可锻钢板进行切割，然后采用金属弯板机和其它的热/冷金属成型方法将钢 板制成两个多面体，最后将它们焊接起来。该电线杆制造成本相当高，而且， 由于成型的需要使得钢板必须比较薄，导致电线杆必须拥有相对较大的底部直 径，以保证在高应力、高横向力的情形下使用时具备必要的强度。此外，即使 壁厚有所变化，也只能是局部变化。5市场上铝合金电线杆也有售。但是，这些电线杆一般仅适用于低应力的一 次性应用，如公路照明。而且，铝合金杆目前不是通过离心铸造方法成型的， 而一般是通过热/冷金属成型方法制造的。而且，铝合金杆不具备高横向力的环 境中使用时所必须的质量或强度。延性铁具备的特性使其非常适用于电线杆的使用环境。例如，延性铁拥有 极高的强度/重量比，可以加工，有弹性(不易碎)，具备良好的阻尼性能，防锈， 并且比铝和混凝土便宜。因此，用延性铁离心铸造而成的各种几何形状的电线 杆都能够完全免维护，并拥有极长的使用寿命(许多100多年的旧延性铁供水 干管仍然还在使用)和较低的成本，有效地克服了其它类型的电线杆产生的上 述问题和困难。离心铸造与金属成型等替代性生产技术相比还有其它优势。例如，离心铸 造能够生产出无缝杆，其在高应力、高横向力的环境中拥有较高的总体强度。 而且，离心铸造还能够通过机械化的流程以较少的人力廉价地生产大批量的杆。 由于能够一次性铸造较长的无缝杆段，所以在制造或现场安装过程中可以减少 或取消后续的连接步骤。此外，离心铸造生产的杆比金属成型生产的杆要精确得多，外径公差范围达到了+/-0.001毫米。总之，离心铸造生产的杆强度较大而需要的人力较少，更加容易批量生产，能够适合更大范围的应用。在本专利技术之前，锥形金属电线杆(包括延性铁杆)的离心铸造受到了铸造技术的限制。已知的在先铸造方法(如申请人此前的美国专利No.5,784,851公 开的铸造方法)仅实现了生产作业间旋转速度和浇注速率的变化，这种杆的壁 厚是不定的。更加准确地说，在先铸造方法无法使注入的金属合理散布，因此， 模具旋转和移动时无法使金属在其内侧均匀铺展以达到较高的外径公差范围 (+/-0.001毫米)。这就意味着尽管上文提到了离心铸造方法的各种优势，但 目前锥形杆的离心铸造仅比金属轧制仅好一点点而已。本专利技术克服了这种限制， 推出一种变速变注的铸造方法，该方法通过提高或降低金属的浇注速率和模具 的旋转速度，在一个生产作业期间能准确控制金属的铺展。根据想要的规格， 成型时杆壁可以下厚上薄，或在指定处发生厚度变化，或在长轴方向上拥有完 全一致的厚度。此外，本专利技术还使杆的生产能够满足特定的应用需求。例如，有些要求厚 度有变化(顶端薄，地面线厚，以应对线路负载和腐蚀)，而其它可能要求厚度 保持一致，以便将结构支持最大化。本专利技术还能够满足那些要求极限高度或可 变高度的应用，在这种应用中，铸造的杆段拥有滑动接头， 一个杆的锥形杆段 可以牢固地连接在另一个杆的底端，从而获得指定的有效杆长。另外，某些特 定的应用还可能要求在铸造期间或之后对杆进一步加固，包括但不局限于防风 纹理、安装法兰、硬件和装置检修孔或检修板、以及顶盖。
技术实现思路
综上所述，本专利技术涉及一种离心铸造的中空杆，它在长轴方向上拥有完全 一致的壁厚。在本专利技术的一个实施例中， 一种圆锥形的管状杆拥有锥形外观，并在长轴 方向上拥有完全一致的壁厚，它利用离心铸造方法生产，在离心铸造的过程中， 熔融的金属被浇注进一个旋转的锥形模具中。当冷却液加注于旋转模具的外表 面时，金属在模具内部随模具内部的轮廓成形或铺展，从而制造出金属杆。通 过精确控制铸造旋转的参数——如旋转模具的旋度、行程、距离和偏角，以及 铸造机的标准和力学装置，就可以制造出前所未有的壁厚一致的中空、锥形、 管状金属杆。这种离心铸造方法的控制原理、设计和装置能够极大地提高杆壁 厚一致性的公差范围。进言之，通过精确控制模具内部铺展的金属量，就能够 按照设计选择获得任意实施例所要求的壁厚变化。本专利技术的一个目标是提供一种中空的锥形杆，它容易生产且成本较低，在 长轴方向上拥有完全一致的壁厚。这种新的方法能够产生一致的壁厚，在那些 横向力(如飓风级风力)可能导致电线杆灾难性破坏的应用环境下尤其重要。本专利技术的另外一个重要优点在于可利用任意的熔融材料(如延性铁、钢、 铝或可浇铸的复合材料)通过离心铸造的方法来生产杆，使其完全免维护，并 不受地面线腐烂、真菌、潮湿、动物破坏及其它致损因素的影响。本专利技术的另外一个优点在于用延性铁离心铸造的杆相对较轻，达到了低 碳钢的物理强度和灰铸铁的预期使用寿命，在一般使用中不易折断，并可100%回收利用。本专利技术的另外一个优点在于用延性铁离心铸造的杆可提供最大的安全系 数，使用中不容易因地面运动和梁内应力而损坏，并能更好地防止加工、运输 和安装造成的折断。本专利技术的另外一个重要优点在于可以将较短的模段通过焊接、法兰或丝 扣连接成一个浇注管，以此生产模具。本专利技术具有下列方面的特别优点离心铸造杆可以直接埋置，或通过法兰 附接于浇注或预制的基座上。本专利技术的另外一个优点在于离心铸造杆的中空设计允许各种装置在其内 部布线及增加附属设备。本专利技术的一项重要改进在于在铸造过程中增加了一种纹理工艺，可以提 高杆的强度。拥有纹理化内壁面的模具生产的最终产品外表面布满突起，这种 外表面布满突起的杆无论在哪一种实施例和应用领域都能够提供更高的防风能 力。为了增强极限高度和极限应力方面的应用，杆在铸造时还可以使其底端附 近拥有足够的壁厚，以便在铸造的过程中形成一个滑动接头，接头内部的横截 面尺寸允许此杆滑接于另外一根离心铸造杆的顶端，从而能够将杆无限延长。此外，实地安装时可以设计一个端盖，以保护所有的内部硬件。本专利技术还提供了一种新的铸造后退火工艺。这种新的方法在铸造过程中即 开始采用，模具在锥形杆的大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离心铸造的中空杆，其特征在于，它包括通过离心铸造的方法成型的加长的中空杆件，所述杆件的整个长轴方向上拥有完全一致的壁厚。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.7.19 US 11/458,4071. 一种离心铸造的中空杆，其特征在于，它包括通过离心铸造的方法成型的加长的中空杆件，所述杆件的整个长轴方向上拥有完全一致的壁厚。2. 根据权利要求1所述的中空杆，其特征在于所述杆件拥有一个变化的 外部横截面尺寸，该尺寸沿所述杆件的长轴方向垂直发生变化。3. 根据权利要求l所述的中空杆，其特征在于所述杆件拥有顶端和底端， 所述的顶端设有端盖。4. 根据权利要求l所述的中空杆，其特征在于所述杆件拥有顶端和底端， 所述的底端设有法兰。5. 根据权利要求l所述的中空杆，其特征在于所述杆件拥有顶端和底端， 所述的顶端设有-个滑动接头，其内部横截面尺寸允许所述杆件的顶端滑接于 另外一个杆件的底端。6. 根据权利要求l所述的中空杆，其特征在于所述杆件的外表面设有纹理。7. 根据权利要求l所述的中空杆，其特征在于所述中空杆是利用可浇铸 材料制作而成。8. 根据权利要求7所述的中空杆，其特征在于所述可浇铸材料选自于延 性铁、铸铁、钢或铝。9. 根据权利要求l所述的中空杆，其特征在于所述杆件包括一个检修板， 通过它可以进入所述杆件中空的内部。10. 根据权利要求1所述的一种离心铸造的中空杆，其特征在于，其生产 工艺包括如下步骤将熔融的金属注入一个模具中；在注入所述材料的过程中，离心旋转模具，改变模具的旋转速度，改变熔 融的金属材料在模具内的注入位置，并改变熔融的金属材料的浇注速率，以便 在所述模具内表面适当地、均匀地分配熔融的金属材料，使成型的杆件在长轴方向上拥有完全一致的壁厚；使熔融的金属材料在模具内冷却和硬化； 最后，从模具中取出所述的硬化杆件。11. 根据权利要求10所述的产品，其特征在于所述模具拥有锥形的内部 尺寸...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤姆·沃，
申请(专利权)人：汤姆·沃，
类型：发明
国别省市：US